液態烴球罐區的危險分析及控制措施

郭小旻

（中國石化集團茂名分公司煉油分部安全環保處，廣東 茂名 525011）

1 概述

液態烴的主要成分是丙烷、丙烯、丁烷、丁烯，還有少量戊烷等。液態烴屬于易燃物質，在常溫常壓下與空氣能夠形成爆炸性混合物，遇到明火有著火爆炸的危險，是甲A類火災危險物質，因此液態烴球罐區的防火防爆就顯得尤為重要。

2 火災爆炸危險分析

2.1 燃燒通常伴隨爆炸

帶壓的液態烴泄漏出來后，會迅速氣化并和空氣混合，當混合物遇到明火，濃度達到爆炸極限，就會產生爆炸。由表1可以看到液態烴的爆炸極限大約在1.5%－10%左右，所以當液態烴泄漏后非常容易達到爆炸極限范圍。

表1 液態烴爆炸極限（空氣中體積百分比）

2.2 初起火災范圍大

液態烴容器、管道和設備的連接處承受較高的液態烴和飽和蒸汽壓的作用，其密封處容易泄漏，由于液態烴的密度比空氣要大，泄漏出的石油氣向低處流動并聚集，聚集的石油氣和空氣混合物不斷擴散，遇到明火發生燃燒爆炸時已經擴散了相當大的范圍。

2.3 爆炸破壞性極大

以丙烷為例計算理論上丙烷爆炸產生的最大爆炸壓力。假如丙烷球罐泄漏遇到明火產生爆炸的話，那么應屬于化學爆炸，常溫下丙烷爆炸時的化學方程式如下：

根據爆炸力的計算公式：

式中：T0=300K

P0為原始壓力

P最大為爆炸最大壓力。

T0為原始溫度

T最高為爆炸最高溫度。

m、n為爆炸前后的氣體分子數。

空氣中 N2:O2＝79:21，所以 5O2對應 N2量為5×79/21=18.8

可以看到丙烷爆炸后會形成強大的沖擊性破壞，而且爆炸時需要其20多倍的空氣量，周圍的空氣迅速填補過來，形成與沖擊波相反方向的強大吸引力。

另外也可以根據燃燒熱來進行計算，當壓力容器或泄漏出來液化氣和氧氣進行強烈的化學反應時，導致化學性爆炸時的破壞力，可按下式進行計算；

假設一液態烴球罐遇火花發生爆炸，該罐液態烴丙烷為主要組分，丙烷燃燒熱可以查出為24320kcal/m3，液態烴罐體積408m3。

L0—化學性爆炸時的爆炸力 kW

V—參與反應的可燃氣體的體積 m3

H—可燃氣體的最高燃燒值 kcal/m3

液態烴火災燃燒劇烈時火焰的傳播速度可達2000－3000m/s，火焰最高溫度達到1800℃左右，因此會迅速引燃輻射爆炸區域的一切可燃物，嚴重時建筑物被燒塌。

3 液態烴球罐的防火防爆

通過危險因素識別，可將主要危險因素分為以下幾種：靜電、雷擊、誤操作、設備故障、違章動火、泄漏。

3.1 靜電的預防

消除靜電的危害歸納起來可通過以下途徑：

3.1.1 工藝控制法

a.控制流速法 通過降低流速降低摩擦，可減少靜電產生，根據西德P.T.B進行的試驗歸結出如下安全流速的公式，當流速小于等于該公式的流速時我們就認為是安全的：

V—平均流速 m/s；d—管道直徑 m

由以上公式可推算出球罐區各類管線的安全流速如表2所示：

表2 球罐區不同管徑允許的最大流速

???? ????

b.控制進料方式 可以通過控制進料方式來防止靜電，采用底部注油，避免液體在容器內噴濺和沖擊。

c.防止罐底積水 當球罐底有積水時，若采用底部進油會攪起積水，從而會大量增加靜電的產生，因此在球罐進料前應脫水，如是空罐應先氮氣置換。

d.球罐或管道內混有雜質時，能產生較多靜電，因此，要注意清除雜質。

3.1.2 靜電泄漏法

a.接地。主要用來消除球罐體上的靜電，防止球罐儲存靜電，同時也限制了球罐罐壁的電位上升或由此而產生的靜電放電，以及防止靜電感應。

b.增濕。帶電介質在自然環境中放置，所帶靜電荷會自行逸散。逸散的快慢與介質的表面電阻率又與環境的濕度有關，隨著濕度的增加，使其表面電阻大為降低，增加靜電沿介質表面的泄漏，從而加速靜電泄漏。

3.2 雷擊的保護

雷擊的危害這里就不再敘述，可在球罐區球罐區中設置了避雷針，每個球罐設置有兩個對稱的接地點，接地電阻小于10歐姆。

3.3 泄漏的應急處理

由于液態烴中含有H2S，其H2S對管道的化學腐蝕和H2S應力腐蝕作用是不可避免的，一旦發生泄漏，大量液態烴噴出，由液態急劇減壓變為氣態，大量吸熱（見表3），結霜凍冰，很難控制。

表3 液態烴蒸發潛熱數據表

液態烴泄漏的情況下有以下幾種應急處理措施：

a.控制火源。液態烴球罐區發生泄漏，禁止一切火種進入罐區。開關閥門不準用黑色金屬工具，一律用銅質工具。區域內的電氣開關必須保持原樣，不得亂動，以免產生火花。

b.關閉閥門。液態烴在管道、閥門、法蘭以及其它連接口發生泄漏時，泄漏尚未引起著火應立即關閉上、下游閥門切斷氣源，然后用蒸汽吹掃，氮氣掩護，將事故管段內的介質轉移。

c.夾箍緊固。當液態烴球罐進出口第一個閥門法蘭連接處發生泄漏時，可利用預制的夾箍予以緊固，并注以密封膠，以控制液態烴的泄漏。

d.麻袋包扎噴水。對難以夾箍緊固的部位，又無法用關閉閥門的方法切斷物料的，可以采用麻包袋包扎并輔以噴霧水，利用液態烴汽化吸收大量熱量的原理，使之解凍，起到臨時堵漏作用。水噴淋對消散液化氣也是十分有效的，如果可能，應將水噴淋方向對著油氣正常的通路。

e.如果泄漏無法通過以上來遏制，應將該罐的罐頂安全閥副線打開，將液化氣泄往低壓瓦斯線或火炬系統。同時應立即打開泄漏罐的噴淋水和相鄰罐的噴淋水降溫，這樣還可起到防止靜電的作用，另外還可用蒸汽掩護泄漏點，稀釋液化氣的濃度，防止其達到爆炸極限。

3.4 完善安全設施

球罐應設有液位計、壓力表、安全閥、緊急切斷閥、溫度計，以及高液位報警和高高液位自動連鎖系統。球罐區周圍建有防火堤。球罐表面可涂白色涼涼膠，它可起到防腐隔熱作用，還可避免外界環境溫度的影響。

另外球罐還應設有噴淋水冷卻設施、消防給水管網和可燃氣體報警器，裝置內的所有電氣都需使用防爆電氣。

3.5.加強安全管理

要做到最大程度減小液態烴的火災危害，除了在硬件上多下功夫外，還應以人為本，從管理上入手，避免人為的誤操作或是違章作業。

4 結論

綜上所述，要做好液態烴球罐區的防火防爆工作主要需從以下五方面著手：a.靜電的預防，主要方法有工藝控制和靜電泄漏。b.雷擊的保護，通過建立避雷針，并定期檢測其接地電阻。c.泄漏的控制，主要通過控制火源、切斷進料、緊急泄壓等手段。d.完善罐區安全設施e.加強安全管理，嚴格執行球罐區的有關的管理法規、規定。

[1]《石油化工安全技術高級本》石油工業出版社1987年

[2]《石油化工企業設計防火規范》中國計劃出版社2009年